IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU
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IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU剖析了在高速高精度加工中規劃高功用運動操控器時存在的問題及面對的挑戰,評述了高功用數控體系運動操控器規劃辦法的開展現狀,對存在的首要問題和往後可能的開展方向作了進一步的討論.
1 研討背景(Researchbackground)
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU現代科學技能給機械制作業帶來了深入的改變.一方面,它們促進構成國際上的激烈競賽商場,使用戶對産質量量!品種和價格的要求越來越嚴格,在機械制作業中表現爲高精度!多品種!小批量!低本錢和快周期的生産要求;另一方面,它們與機械制作科學技能的結合,爲機械制作産業習慣這種開展趨勢供給了重要的體系理論和完成的技能根底[1].
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU數控機床正是習慣這種需求而正在開展著,已開展有加工中心!柔性制作單元等.它們是電子技能!信息技能和機床技能相結合的産物.近十幾年來,國外數控機床技能開展很快.我國數控機床技能開展相對工業發達國家來說,無論在産值!産值和擁有量的數控化率方面,還是在品種!功用和牢靠性等技能方面,都還有很大距離.因而,依據國內外機械制作自動化開展現狀,從我國的實踐動身,除必要的盯梢研討以外,會集必要的人力和資金研討機械制作自動化關鍵設備和根底理論與技能,例如高功用新式數控體系!高精度伺服操控技能與主軸驅動技能等,對我國機械制作水平,特別是根底技能水平的進步,爲更高層次的歸納自動化的開發以及對國民經濟的開展均具有重要意義.新一代數控設備,完成高速度!高精度!高效率和高牢靠性的加工是優先考慮的問題[1].應該指出,高速度!高精度!高效率和高牢靠性4個高功用目標是一致的全體.要完成高功用操控,高功用數控體系伺服操控器規劃是根底和關鍵技能之一.本文對其間一個重要研討方面)))高功用運動操控在數控體系中的使用進行評述.
2 研討現狀(Presentsituation)
2.1 面對挑戰
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU高速高精度加工是現在最重要的研討範疇之一,其目的在于進步機械加工生産率及改善加工質量.可是,高速高精度加工在實用之前也面對著許多挑戰.最首要的問題是在存在擾動!非線性!模型和參數不確定性的情況下規劃高功用的伺服操控器[2].當使用有限帶寬的伺服操控器時,伺服推遲也成爲引起方位差錯的首要原因,並會跟著高速加工時進給速度的進步而更加嚴峻.現代加工體系由伺服體系所支撐,伺服操控器的功用和加工質量!效率密切相關.從機床操控體系的視點看,機床操控是一個動態體系,操控體系中不確定要素的發生首要是因爲[1]:1)體系的輸入包含有隨機擾動;2)體系的丈量傳感器具有丈量噪聲;3)體系數學模型的參數乃至結構具有不確定性.我們把榜首!二類不確定要素稱爲不確定環境要素,把第三類不確定要素稱爲不確定模型要素.傳統的數控體系對機床的操控首要選用經典操控論辦法[3].大部分是PID操控,PID操控器以其結構簡略,使用便利和運轉牢靠等長處在運動操控中也經常被選用.不過在處理體系中存在著非線性要素不易定量描繪的操控問題時,PID操控器顯得無能爲力.因爲PID操控器的結構自身以及算法規劃依靠目標的局限性,使得精度的改善導致動態功用的削弱,而動態功用的改善,又使執行機構龐大且能耗增加;再者,在從事具有快速高精度和魯棒性要求的運動操控體系的規劃時,同一操控器不只用來改善輸入輸出的動態功用,而且還用來消除負載擾動,要想得到使體系具有滿意的動靜態功用目標的PID參數整定算法是相當困難的.因爲經典操控論辦法徹底依靠于準確數學模型,只能完成隨機操控,所以這類體系對不確定模型要素無能爲力.而對不確定環境要素的處理則依靠于操控模型的非線功才能.這類操控體系的不確定要素處理才能是極爲有限的.現代操控論中的自習慣操控技能的效果是盯梢體系參數!環境條件和輸入信號等,然後經過改變內回路的補償元件的參數而獲得滿意的功用.因爲傳統數控體系的專有體系結構,體系的操控戰略難以更新,完成自習慣操控需求較高的本錢和價值,而自習慣操控對操控功用的改善也不行明顯,所以自習慣操控並沒有成爲機床操控中的幹流技能.
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU另外一個難題是完成高速加工進程和數控加工狀況的監控[2].加工進程和數控加工狀況首要包含下列幾方面的要素[3]:1)操控執行機構狀況;2)各運動軸狀況;3)刀具狀況;4)機床輔佐功用作業狀況等.狀況反應信號首要來自于各類傳感器.因爲現在傳感技能的束縛,要全面地反應以上加工狀況信息還不太現實.特別是關于刀具狀況和工件狀況的丈量,現在還缺少有用的手段.傳統機床操控體系中,方位丈量和反應是比較老練的技能.方位丈量傳感器現在的熱點技能是完成數字反應.用于監視伺服電機等機構的測力!測速傳感器也基本可滿意操控體系需求.而對刀具!工件狀況的實時丈量,現在還首要處于研討階段,雖然不斷有新辦法!新技能呈現,但整體來說,完成技能比較複雜!完成價值比較昂貴,一時還難以實用化.反應才能的缺少已嚴峻束縛了機床操控智能水平的進步,成爲進一步改善機床操控功用的瓶頸.所以用于丈量刀具狀況!工件狀況!機床特性等加工要素的新式傳感器技能以及使用現在的傳感器對上述狀況進行交融估計或軟丈量是機床智能操控的一個重要研討方向.最終,即使新式的傳感器!各種伺服操控算法以及進程操控戰略是完善的,其使用也遭到傳統的閉式數控機床的束縛.因而,研討敞開式!模塊化的數控體系體系結構成爲另一重要課題[4].
2.2 運動操控研討現狀
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU工件的標準精度由概括精度所決定,這個事實激發了許多研討者將要點放在了改善概括精度上.改善概括精度的計劃首要分爲兩類:1)根據多軸和諧運動的操控辦法[5,6];運動操控體系中的基本問題便是要求多軸聯動以完成具體的功用目標.Koren提出了多軸和諧運動操控.Kulkarini詳細研討了多軸和諧運動補償操控戰略並提出了最優計劃.Tomizuka等人在多軸和諧操控器的根底上增加了自習慣前饋戰略以改善其暫態功用和按捺攪擾的才能.但上述各類辦法的局限性在于其多軸和諧目標是線性的.Keron提出了一種變增益的多軸和諧操控器,但體系的穩定性沒有證明,其難點在于幾許概括的時變特性難于和傳遞函數結合在一起進行剖析.Chiu在考慮非線性和諧目標下關于相對階爲1的體系提出了歸納操控算法.Kokotovic使用積分反推的辦法去掉了相對階的束縛.肖本賢將智能操控引進和諧操控中,使用自習慣含糊操控手段向各聯動軸供給附加補償,以進步體系魯棒性.但以上算法都沒有考慮模型不確定性和外部攪擾的影響,這也是當時研討的一個方向。
.2)根據進步單軸運動精度的辦法;大部分研討者將要點放在經過進步單軸的盯梢精度來完成小的概括差錯上.其間,Lee的作業是此類辦法的代表.他們提出了歸納前饋摩擦力補償!擾動觀測器!方位反應操控器以及前饋操控器爲一體的整體操控結構,即根據擾動觀測器(DOB)的高功用伺服體系[2].文獻[4]對該操控戰略作以改善,將工件加工狀況以及統計信息也融入操控體系的規劃.圖1反映了這一重要而實用的操控戰略模型.Ohnishi提出擾動觀測器後由Umeno加以改善,其效果在于補償擾動和模型不確定性,使得體系對模型不確定性更具魯棒性.擾動觀測器不局限于接連擾動,而且按捺擾動的帶寬也易于調整.可是因爲它是根據線性體系理論規劃的,因而不能有用地按捺不接連擾動.比方,摩擦力會引起很大的方位差錯.因而,前饋摩擦力補償器用來改善體系的魯棒性.關于非線性摩擦力補償,常用的辦法有[7,8]:根據指數型非線性函數的在線補償法,根據神經網絡的逆操控器補償法等.前饋操控器可選用最優猜測操控!零相位差錯盯梢操控!重複操控等[9].方位反應操控一般選用PID操控.但當體系參數改變較大或運動軌跡存在非接連加速度時,DOB則並不十分恰當,而且關于運動操控中的驅動飽滿的影響沒有考慮[10,11].爲此,研討者將思路轉向自習慣操控.但因爲缺少魯棒性,傳統的自習慣操控體系在實踐使用中遇到了很大困難,而以魯棒化再規劃!魯棒優化原理和智能化思維爲特征的魯棒自習慣操控遭到歡迎,並引起了理論研討者的重視[12,13].爲處理參數不確定性和非線性模型不確定性,Yao提出了新的運動操控辦法,即自習慣魯棒操控[14].該辦法歸納了自習慣操控和確定性魯棒操控的規劃辦法,揚長避短,保留了二者的長處而又克服了確定性魯棒操控不能確保暫態功用,自習慣操控魯棒性差的缺陷.經過恰當的操控器結構設置,能夠確保魯棒操控既有傑出的暫態功用又有較好的盯梢精度;在自習慣操控中經過參數學習能夠達到漸進盯梢,而不需求使用非接連操控律或高增益反應的辦法.Al2Majed提出了根據線性自習慣魯棒操控(ARC)的高功用伺服體系規劃辦法[2],經過在數控體系以及高速大容量硬盤操控體系中使用,證明了ARC比DOB具有更好的盯梢功用[2,15,16].此外,根據DOB或ARC的監督操控[17,18]!多速率采樣操控[19]在運動操控體系中也得以使用.
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU滯後是工業進程中固有的特性,被認爲是本來就存在于物理體系中的最難操控的動態環節.時滯較大時,將導致較大的超調量和較長的調理時間,乃至呈現錯誤的操控,嚴峻影響生産進程的操控質量.關于時延體系,最盛行的辦法是Smith(1957)提出的Smith預估器.但該辦法對模型精度比較敏感,爲消除此影響,Al2Majed提出了根據DOB的Smith操控計劃[2].自70年代以來,人們一方面爲了進步數學模型的準確程度及考慮不確定性要素的影響加強了對體系辨識!工業進程建模!自習慣操控!魯棒操控等方面的研討,另一方面開端打破傳統操控思維的束縛,企圖面向實踐工業進程的特色研討開展各種對模型要求低!在線計算簡略便利!實時性好!操控效果佳的操控新算法.另一方面,計算機技能的飛速開展,也爲新的操控戰略供給了傑出的運轉平臺和根底.猜測操控便是在這種情況下開展起來的一類新式操控算法[20].猜測操控的呈現爲處理大推遲體系操控的難題拓荒了一條新的途徑.近20年來,國內外猜測操控的研討和使用日趨廣泛.研討範圍[21]已經涉及到猜測模型類型!優化目標品種!束縛條件品種!操控算法以及穩定性!魯棒性等方面,也包含多變量體系!非線性體系.跟著猜測操控理論研討的不斷深入!研討範疇的不斷擴展,越來越多的學者開端測驗把其他操控理論與猜測操控相結合,構成了許多新的猜測操控辦法[22,23],如:根據神經網絡的猜測操控;含糊猜測操控;灰色猜測操控;根據神經網絡的自習慣含糊猜測操控等.
2.3 多傳感器信息交融理論在加工中的使用現狀
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU多傳感器信息交融(MSIF)是一個信息處理進程,它將來自不同途徑!不同時間!不同空間的傳感器信息和諧成一致的特征表達,以完成對某一目標和環境特征的描繪.現代工業生産以歸納!複雜!大型!接連爲其特色,選用了許多林林總總的傳感器來監測和操控生産進程.在這種多傳感器體系中,各傳感器所供給信息的空間!時間!表達方式不同,可信度!不確定程度不同,側要點和用處也不同,這對信息的處理和辦理提出了新的要求.實踐證明,單一的傳感器很難正確反映加工狀況,向多傳感器信息交融開展是必定之路.多傳感器能夠供給加工進程多方面的信息,對這些信息進行歸納和常識提取(即信息交融),進而對加工進程進行正確的猜測和操控.信息交融技能在機械加工中的使用首要在于刀具狀況監控!加工精度猜測!差錯補償等方面.MSIF與工業監測操控結合,將給傳統的工業監測操控帶來新的機理,可望構成一種新式的工業監測操控體系[24].
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU進步加工精度常用的辦法有:根據進步機床精度的防止差錯技能和根據消除差錯自身的差錯補償技能[24].因爲跟著機床精度的進步,所需的本錢也將成倍增長.因而,在現有設備條件下,關于一般工件的加工,差錯補償技能將是一種卓有成效的辦法.加工差錯建模預告技能是進步加工精度!削減加工差錯!進行差錯補償的關鍵技能.國內外許多文獻對差錯補償進行了許多研討,提出了多種樹立差錯補償模型的辦法,如三角聯系法!有限元法!齊次坐標改換法和神經網絡法等.加工進程狀況信息包含切削速度!切削深度!進給量!振蕩!切削力!主軸電機電流!進給電機電流!聲發射!刀具磨損度等,這些信息都與加工精度有關[3,24].如何從衆多的信息源中得到差錯或狀況補償信號與信息源的映射聯系,其間人工神經網絡法有非常強的學習才能和非線性映射才能,而且與其他辦法相比具有直接性,經過恰當練習能準確地完成從差錯源到定位差錯的映射,防止了其他辦法作業量大或邊界條件不充沛的缺陷,因而根據神經網絡的信息交融技能將在差錯補償中得到廣泛的使用.工程實踐體系中,輸入輸出信號易遭到噪聲汙染,隨機含糊神經網絡的呈現爲處理此類問題供給了思路[25,26].小波剖析理論被認爲是傅立葉剖析的打破性進展[27].小波改換經過標準伸縮和平移對信號進行多標準剖析,能有用提取信號的部分信息.小波神經網絡承繼了兩者的長處,經過練習自習慣地調整小波基的形狀完成小波改換,同時具有傑出的函數迫臨才能和形式分類才能。
.有些文獻使用神經網絡[28]或小波神經網絡[27]進行刀具狀況監測.但他們的作業大都是針對某一種工件或加工辦法,所選用的預告模型也大都是根據許多曆史加工數據的單一預告辦法,切削條件改變或曆史數據少時,預告精度將下降.因而,結合加工進程狀況信息和曆史加工數據樹立具有自學習才能!較強的魯棒性和自習慣性的在線智能預告模型是現在迫切需求處理的問題.
2.4 數控體系敞開式體系結構的研討簡介
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU數控體系是一種專用的計算機體系,它用于工業現場操控,因而和通用計算機有許多差異.長期以來,數控體系的開展自成體系,樹立自己的軟硬件結構,實行技能保密和技能封閉,從而使得機床生産廠家和最終用戶很難進行二次開發,束縛了機床和數控體系的才能.當數控機床進入分布式操控和柔性制作體系環境,乃至要求與CAD/CAPP/CAM等共同信息體系通訊後,原有的以單機服務爲目標的CNC設備顯得不行用了,新的環境要求CNC設備進一步向敞開式數控體系轉化
.敞開式體系結構普遍選用模塊化!層次化的結構,並經過各種形式向外供給一致的使用程序接口,具有可移植性!可擴展性!互操作性和可縮放性等特色,即體系組成的內部敞開化和體系組成部件之間的敞開化.現在,敞開式體系結構方面的研討首要會集在根據PC機的操控模塊功用區分;操控模塊的軟硬件完成;接口協議的區分及制訂;體系結構的參閱模型研討;面向敞開式體系結構的機床操控體系的規劃!規劃與完成以及智能數控體系結構等[29].實踐上,從實用化的視點來看,敞開式體系結構的研討還處于初期階段,還有許多問題需求處理,具體在開展展望中作以論述.
3 開展展望(Developmentprospect)
雖然關于高功用數控體系伺服操控器規劃辦法的研討如此廣泛,但要真實達到高功用!智能化,特別是實用化,還存在不少問題.歸結爲以下幾個方面,作爲往後研討作業的參閱.
(1)如何進一步進步操控器的全體功用?有用地歸納運用當時現代操控理論和智能操控理論的研討成果來進步操控器的功用以達到防止差錯的目的,運用根據多傳感器信息交融等理論的加工差錯智能建模預告技能來達到差錯補償的目的,二者的結合是有用的研討思路.
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU(2)前面所述及的有關規劃辦法依然存在各自的缺陷,因而高功用的操控器規劃依靠于這些相關技能的進一步完善.比方,猜測操控理論中的穩定性和魯棒性剖析亟需打破;針對工業進程許多存在的非線性及不確定等體系的特色,非線性猜測操控和魯棒猜測操控將成爲往後研討的要點;如何將自習慣魯棒操控用于時延體系和高階體系中等.因而,進一步完善並改善這些辦法是往後開展的一個方向.這些研討方向包含多軸非線性動態體系辨識與建模;相關于攪擾和參數改變的魯棒反應操控;相關于功用改變的魯棒前饋操控;相關于時間推遲的猜測操控;根據擾動觀測器的高功用操控體系規劃;根據非線性自習慣魯棒操控的高功用操控體系規劃;多軸運動和諧操控;智能監督操控;軌跡規劃等.
(3)根據多傳感器信息交融等理論的加工差錯
智能建模預告技能是體系辨識!形式識別!多傳感器交融技能!猜測理論!神經網絡!含糊體系!小波改換!分形理論和根據常識的決策與操控等技能的歸納使用,因而充沛使用以上各種技能的優勢並繼續重視學科的穿插研討是至關重要的.
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU(4)操控戰略的完成問題實踐上便是敞開式體系結構的研討,這也是完成高功用!智能化數控的關鍵技能.從現在的研討成果來看,敞開式體系結構還沒有一致,明確的概念內在!體系完成技能還處于百家爭鳴時代.現在還有許多問題有待進一步研討:處理Windows等操作體系的實時性問題;各體系之間的體系結構缺少兼容性;缺少實時性的傳輸操控協議;各類面向目標的新的數據表達辦法必須與敞開式數控體系相容;作爲徹底敞開的數控體系,其安全性和牢靠性遭到很大的威脅,因而牢靠性與安全性的研討也是有必要的.
IKO一級代理商軸承南京HIR軸承SLM30UUSKB20UU(5)數控體系體系結構除了敞開化以外,網絡化!軟件化將是一個趨勢,也將是研討的要點.軟件數控是數控體系的新概念,/包含伺服操控在內的操控決策徹底用根據PC的軟件完成0及/中心操控戰略的用戶敞開性0是軟件數控的兩個基本特征[29].這種敞開結構不只支撐運動操控戰略的定制,徹底面向數控體系的智能化完成,使得數控體系具有更大的功用空間和更好的體系交互性,而且能夠充沛學習相關學科的最新成果,從而促進數控技能自身的快速生長.要完成軟件數控,體系對CPU的計算才能提出了更高的要求.更高功用的處理機!更優化的實時調度才能,是軟件數控能達到滿意操控功用的根底.
